制造硅钟表部件的方法与流程

1.本发明涉及一种制造硅钟表部件的方法。

背景技术：

2.要制造的硅钟表部件包括两个元件，例如柔性引导构件的两个交叉的弹性叶片或两个重叠的齿，其沿部件的高度方向隔开一定架空空间。
3.专利申请ep 2911012描述了一种这样的部件，更具体地描述了一种钟表振荡器，该钟表振荡器通过深蚀刻以整体方式获得，其中两个元件，在这种情况下是引导振荡器的摆轮的旋转的两个交叉弹性叶片，仅相隔几微米。如在所述专利申请中提出的，如果振荡器涂覆有氧化硅热补偿层，则将两个元件分开的距离会进一步减小。
4.在两个元件之间的间距如此小的情况下，后一个元件可能会在部件运行期间，特别是在佩戴时的运动期间与前一个元件相互接触，并且降低手表的精度。当手表受到冲击时，这两个元件也可能发生碰撞并损坏。
5.专利申请wo 2015/033238描述了一种具有齿隙补偿的钟表轮组件，其包括刚性地连接到轮毂的第一齿圈和通过弹性臂连接到轮毂的第二齿圈。该组件是通过蚀刻绝缘体上硅(soi)型晶片的两个面并通过去除中间氧化硅层(除了轮毂处)以使第二轮辋和弹性臂与第一轮辋分开而制造的。在该组件中，由齿圈构成的两个元件间隔开与中间氧化硅层的高度相对应的距离，即至多3μm。因此，在手表受到冲击期间，它们可能发生碰撞并损坏。
6.在例如两个齿型元件或其他相互作用元件在高度上间隔开的完全刚性的硅钟表部件的情况下，这两个元件过于靠近需要将与它们协作的相应零件放置得非常接近，这使组装复杂化。
7.为了避免上述问题，可以通过欠蚀刻技术来增加两个元件的间距，但这样就不能再保证所述元件的几何和尺寸质量。也可以将部件生产为两个胶合或焊接零件，其通过在两个元件之间保持足够距离的间隔件隔开。然而，在这种情况下，丧失了整体制造的优势，并且难以实现胶合或焊接零件的理想对准。
8.因此，需要一种制造硅钟表部件的方法，该方法可以根据需要增加该硅钟表部件的两个元件的高度间距，而不对制造精度产生不利影响。

技术实现要素：

9.这种需要通过一种制造钟表部件的方法来实现，该方法包括以下步骤：
10.a)提供晶片，该晶片包括第一硅层、第二硅层和位于第一硅层与第二硅层之间的中间氧化硅层；
11.b)蚀刻第一硅层以在其中形成钟表部件的第一部分，并蚀刻第二硅层以在其中形成钟表组件的第二部分；
12.c)去除第一部分的元件与第二部分的元件之间的中间氧化硅层；
13.并且该方法的特征在于它包括以下附加步骤：
14.d)热氧化所述元件而不使它们相互接触，然后对所述元件进行去氧化；
15.e)重复步骤d)一次或多次，直到获得所述元件之间的预定距离。
16.当硅零件或硅组件被热氧化时，其表面上出现的氧化硅层是通过消耗深度相当于其厚度的44％的硅而形成的。因此，在去除氧化硅层之后，剩下尺寸减小的硅零件或硅组件。在本发明中，通过减小钟表部件的两个元件的尺寸，两个元件的间距增加。此外，通过在氧化期间使两个元件不相互接触，即在生长时第一元件周围的氧化物层和第二元件周围的氧化物层不结合在一起的情况下进行氧化-去氧化操作，避免两个元件在去氧化过程中融合而使部件无法使用。
17.实施若干种氧化-去氧化次序的方法在现有技术(参见ep 3181938、wo 2019/166922、wo 2019/180596、ep 3416001)中是已知的，但这些方法始终意图调节游丝刚度或振荡器的频率，而氧化-去氧化次序从未意图增加钟表部件的两个元件之间的间距。
附图说明
18.本发明的其他特征和优点将在阅读以下参照附图给出的详细描述时显现，在附图中：
[0019]-图1是通过根据本发明的方法制造的具有柔性引导装置的钟表振荡器的立体图；
[0020]-图2至图7示意性地示出了根据本发明的制造方法的连续步骤。
具体实施方式
[0021]
在图1中示出了具有柔性引导装置1的钟表振荡器，其包括摆轮2，摆轮2通过两个交叉的弹性叶片4、5从支撑件3悬挂。叶片4、5与摆轮2的平面平行的两个不同平面p1、p2中延伸，并因此在彼此相隔一定的距离下交叉。叶片4、5的交叉限定了摆轮2相对于支撑件3的虚拟旋转轴线。
[0022]
在图2至图7中示出了根据本发明的方法，该方法可以生产在叶片4、5之间具有足够距离并且具有高制造精度的钟表振荡器。
[0023]
首先，提供绝缘体上衬底类型的晶片6，其包括上硅层7和下硅层8，上硅层7和下硅层8由中间氧化硅(sio2)层9隔开(图2)。硅可以是单晶硅而不管其结晶方向如何，也可以是多晶硅或非晶硅。它可以是掺杂或不掺杂的。中间氧化硅层9的厚度通常为3μm。
[0024]
然后在晶片6的两面连续或同时蚀刻(图3)，以在上硅层7中形成振荡器1的第一部分1a，并且在下硅层8中形成振荡器1的第二部分1b。每个部分1a、1b可以如图所示是单层的，也可以是多层的。
[0025]
振荡器1的第一部分1a是两个交叉的弹性叶片中的一个叶片4以及摆轮2和支撑件3的上部。振荡器1的第二部分1b是两个交叉的弹性叶片中的另一个叶片5以及摆轮2和支撑件3的下部。
[0026]
在这个阶段，振荡器1的两个部分1a、1b被用于停止蚀刻的中间氧化硅层9隔开。蚀刻通常是被称为drie的深反应离子蚀刻。
[0027]
然后，例如通过用进行的化学侵蚀来去除某些区域-特别是两个叶片4、5之间的区域中的中间氧化硅层9，并且仅保留振荡器1的第一部分1a和第二部分1b必须保持在一起的区域中的中间氧化硅层9，即摆轮2和支撑件3处的中间氧化硅层9(图4)。该步骤将叶
片4、5分开，使得叶片4、5能够相对于彼此变形。
[0028]
在接下来的步骤(图5)中，对振荡器1进行热氧化，以使得在振荡器1周围-特别是在叶片4、5周围形成氧化硅层10。形成该氧化硅层10以损害硅，该硅的表面回缩。氧化通常在800至1200℃的温度下在使用水蒸气或双氧气的氧化环境中进行。可以通过诸如氮化物掩模之类的掩模以局部化方式来例如仅对叶片4、5进行氧化。
[0029]
在叶片4、5上的氧化硅层10的生长使得在叶片4、5相互接触之前停止氧化。因此，在氧化之后，叶片4、5之间仍隔开距离d1。
[0030]
然后，通过例如通过用进行的化学侵蚀去除氧化硅层10来对振荡器进行去氧化(图6)。然后，叶片4、5的尺寸减小，因此将它们分开的距离d2相对于图4增加。
[0031]
然后，将图5和图6中所示的氧化-去氧化过程重复n次以获得叶片4、5之间的预定距离d2。该次数n通常至少等于2，优选地至少等于3，优选地至少等于4，优选地至少等于5，优选地至少等于6，优选地至少等于7。在全部氧化-去氧化过程结束时，距离d2通常为至少7μm，优选地至少9μm，优选地至少11μm，优选地至少13μm，优选地至少15μm。在每次氧化-去氧化时，距离d2例如增加1μ至3μm之间的数值。
[0032]
氧化参数可以从一次氧化-去氧化过程到下一次氧化-去氧化过程而变化。例如，振荡器1可以在最后的过程中比在前几次过程中被氧化更长的时间，因为在叶片4、5之间有更多的空间可用于氧化硅的生长。
[0033]
每个氧化步骤在叶片4、5相互接触之前停止(图5)。以此方式，降低了在去除氧化层10期间叶片4、5相互吸引并融合的风险。
[0034]
在全部的氧化-去氧化过程之后，可以通过热氧化或沉积来在整个振荡器1或至少在叶片4、5上形成最终的氧化硅层11(图7)，以增加振荡器1的机械阻力并使其频率对热变化不那么敏感。优选地，在形成该最终层11之后，叶片4、5之间的距离d3为至少5μm，优选地至少7μm，优选地至少9μm，优选地至少11μm，优选地至少13μm。
[0035]
优选地，在振荡器1仍然通过在蚀刻过程中留下的硅材料桥连接到晶片6的同时实施氧化-去氧化过程和最终的氧化硅层11的形成。然后，该方法的最后一步包括通过断开或去除材料桥来将振荡器1与晶片6分离。应当注意的是，通过断开材料桥来使振荡器1分离通过之前的氧化-去氧化被促进，并且这消除了蚀刻等离子体在硅的晶格中产生的缺陷中的大部分缺陷。
[0036]
振荡器1可以是在晶片6中同时制造的一批相同振荡器的一部分。
[0037]
本发明不限于摆轮振荡器的制造。本发明可以以同样的方式应用于其他类型的钟表部件，例如杆、摇杆、锚定件、耙状件、指状件、轮或电机构件。如振荡器的情况一样，要增加其间距的两个元件可以是用于引导部件的活动组件的交叉的弹性叶片。这两个元件也可以是与其他组件相互作用的元件，例如锚定件的叉状件和镖状件、轮或耙状件的两个重叠的齿、指状件的两个重叠的突起等。本发明尤其可以应用于专利申请wo 2015/033238中描述的齿隙补偿轮或专利申请wo 2018/146639中描述的电机构件。
[0038]
此外，形成有根据本发明的钟表部件的晶片可以是绝缘体上多衬底，即包括由中间氧化硅层隔开的多于两个的硅层。在这种情况下，需要增加其间距的元件的数量可能大于两个。

技术特征：

1.一种制造钟表部件(1)的方法，包括以下步骤：a)提供晶片(6)，所述晶片包括第一硅层(7)、第二硅层(8)以及在所述第一硅层(7)与所述第二硅层(8)之间的中间氧化硅层(9)；b)蚀刻所述第一硅层(7)以在其中形成所述钟表部件(1)的第一部分(1a)，并蚀刻所述第二硅层(8)以在其中形成所述钟表部件(1)的第二部分(1b)；c)去除所述第一部分(1a)的元件(4)与所述第二部分(1b)的元件(5)之间的中间氧化硅层(9)；其特征在于，所述方法包括以下附加步骤：d)热氧化所述元件(4、5)，而不使所述元件(4、5)相互接触，然后对所述元件(4、5)进行去氧化；e)将步骤d)重复一次或多次，直到获得所述元件(4、5)之间的预定距离(d2)。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预定距离(d2)为至少7μm，优选地至少9μm，优选地至少11μm，优选地至少13μm，优选地至少15μm。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤e)包括将步骤d)重复至少两次，优选地至少三次，优选地至少四次，优选地至少五次，优选至少地六次，优选地至少七次。4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，步骤d)包括热氧化整个钟表部件(1)然后对整个所述钟表部件(1)进行去氧化。5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，在步骤e)之后，所述方法包括以下步骤：f)在所述元件(4、5)上并且优选地在整个钟表部件(1)上形成氧化硅层(11)。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在步骤f)结束时，所述元件(4、5)之间的距离(d3)为至少5μm，优选地至少7μm，优选地至少9μm，优选地至少11μm，优选地至少13μm。7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，所述元件(4、5)是两个交叉的弹性叶片。8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于，所述钟表部件是振荡器(1)、杆、摇杆、锚定件、耙状件、指状件、轮或电机构件。

技术总结

根据本发明，一种制造钟表部件的方法包括以下步骤：a)提供晶片，该晶片包括第一硅层、第二硅层以及在第一硅层与第二硅层之间的中间氧化硅层(9)；(b蚀刻第一硅层以在其中形成钟表部件的第一部分(1a)，并蚀刻第二硅层以在其中形成钟表部件的第二部分(1b)；c)去除第一部分(1a)的元件(4)与第二部分(1b)的元件(5)之间的中间氧化硅层(9)；d)热氧化元件(4、5)而不使它们相互接触，然后对元件(4、5)进行去氧化；e)将步骤d)重复一次或多次，直到获得元件(4、5)之间的预定距离。5)之间的预定距离。5)之间的预定距离。